梯度纳米结构316L不锈钢的疲劳和腐蚀行为研究
发布时间：2021-01-21 01:23
316L奥氏体不锈钢由于其优异的耐腐蚀性能和良好的塑性变形能力等特点,广泛应用于医药、化工、生物体植入以及核能等领域,但其疲劳性能较低。已有工作表明,将金属材料晶粒细化为纳米晶或超细晶,可提高其应力控制下的疲劳性能,但往往由于其低的塑性变形能力降低了应变控制下的疲劳性能,并由于提高材料的活性而降低其耐腐蚀性能。通过在金属材料上制备一层梯度纳米结构（Gradient nanostructure,GNS）表层,有望在提高其强度的同时保持良好的塑性,从而同时提高材料在应力和应变控制下的疲劳性能。本工作通过发展温度可控的表面机械滚压处理（Surface mechanical rolling treatment,SMRT）在 316L 不锈钢上制备出晶粒尺寸和相组成可控的GNS表层,研究了 GNS样品在应力和应变控制下的疲劳性能及机理,并研究了 GNS层中晶粒尺寸和相组成对应变控制下疲劳性能的影响及机理。另一方面,通过将SMRT与热处理相结合,调控了 GNS表层的微观结构、成分和相组成,提高了 316L不锈钢的耐腐蚀性能。所取得的主要结论如下:1)通过加工温度为280℃的控温SMRT（W-SMR...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１依据形成纳米结构的晶粒（结构单元）的几何形貌与化学成分对纳米材料进行??分类的示意图ｗ
?第一章绪论???Ｖａｃｕｕｍ??＾?Ｓａｍｐｌｅ?亡??ｒｆｌ—Ｈｌｎ?，ｒ、、??／ｖｒ?，６?１０：ｍｐｌｅ??？?ｖ?ｒ??？?＊?１?—??Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ?Ａ?＆??ｇｅｎｅｒａｔｏｒ?Ｕ??（ａ）?＿Ｍ?（ｂ）??图１．２?（ａ）?ＳＭＡＴ设备示意图；（ｂ）球形弹丸在样品表面重复多方向撞击形成的塑性??变形区示意图［３１］。??Ｆｉｇ．１．２?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＳＭＡＴ?ｓｅｔ－ｕｐ?ａｎｄ?（ｂ）?ｔｈｅ?ｒｅｐｅａｔｅｄ?ｍｕｌｔｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ??ｐｌａｓｔｉｃ?ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｓａｍｐｌｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｌａｙｅｒ?ｉｎｄｕｃｅｄ?ｂｙ?ｉｍｐａｃｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｌｙｉｎｇ?ｂａｌｌｓ［３，］．??表面机械碾压处理??ＳＭＧＴ是为了解决ＳＭＡＴ处理后样品表面粗糙度比较大而提出的新型表面??纳米化技术。下图是ＳＭＧＴ处理过程示意图。整个ＳＭＧＴ处理装置是对原有的??数控车床车削工艺的进一步改装。在液压驱动下，圆柱状样品在车床机架上面高??速旋转运动，代替原有的车刀的是沿着样品轴线运动的半球形刀头。从示意图可??见当加工刀头和样品接触的时候，在加工刀头前端样品表面会出现材料的堆积，??这一部分堆积材料经受剧烈的高速剪切塑性变形后形成纳米表层结构。但是，金??属材料之间的干摩擦会引起表面温度升高。为了抑制在碾压过程中出现的表面升??温，在表面处理过程中将样品浸入液氮之中。??ＳＭＧＴ处理具有处理效率高，表面粗糙度低的特点，目前该技术主要应用于??纯金属的表面纳米化过程中。??６??
?第一章绪论???（ａ）??ｒＬ，?＼＿＿／??＾＾０＼ＶＣ／Ｃ〇?ｔｉｐ??（??Ｓａｍｐｌｅ?｜｜??ｖ?ＷＭＪ??＾?ｗ?＾ｃ／ｃ〇ｔｉｐ＾ｍ?（ｂ）??ＧＮＧ?＆????ｄｅｆｏｒｍｅｄ?ｌａｙｅｒ?ｖ．??７＾?Ｘ，??图１．３?（ａ）?ＳＭＧＴ设备示意图；（ｂ）加工刀尖碾压样品表面形成的塑性变形区示意??图［３２】。??Ｆｉｇ．１．３?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＳＭＧＴ?ｓｅｔ－ｕｐ?ａｎｄ?（ｂ）?ｔｈｅ?ｐｌａｓｔｉｃ?ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｔｈｅ??ｓａｍｐｌｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｌａｙｅｒ?ｉｎｄｕｃｅｄ?ｂｙ?ｇｒｉｎｄｉｎｇ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＷＣ／Ｃｏ?ｂａｌｌ［３２］．??表面机械滚压处理??ＳＭＲＴ是为了解决针对ＳＭＧＴ处理合金材料会产生严重的黏刀情况而研发??的最新表面纳米化处理技术。ＳＭＲＴ装置示意图如下所示。与ＳＭＧＴ设计的固??定半圆式刀头有区别的是ＳＭＲＴ技术采用了可以约束滚动的滚珠刀头，并且在??刀柄中有设计润滑油路来润滑滚球的运动。实验发现通过ＳＭＲＴ处理可以得到??更加光滑的处理表面，同时具有更厚的变形层深度。ＳＭＲＴ技术己经成功的应用??在Ｃｕ基合金［３３］，奥氏体不锈钢［３￣，马氏体不锈钢以及轴承钢０］等多种工业应用??材料中，并显著改善了这些合金材料的力学性能。??７??
本文编号：2990166
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１依据形成纳米结构的晶粒（结构单元）的几何形貌与化学成分对纳米材料进行??分类的示意图ｗ
?第一章绪论???Ｖａｃｕｕｍ??＾?Ｓａｍｐｌｅ?亡??ｒｆｌ—Ｈｌｎ?，ｒ、、??／ｖｒ?，６?１０：ｍｐｌｅ??？?ｖ?ｒ??？?＊?１?—??Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ?Ａ?＆??ｇｅｎｅｒａｔｏｒ?Ｕ??（ａ）?＿Ｍ?（ｂ）??图１．２?（ａ）?ＳＭＡＴ设备示意图；（ｂ）球形弹丸在样品表面重复多方向撞击形成的塑性??变形区示意图［３１］。??Ｆｉｇ．１．２?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＳＭＡＴ?ｓｅｔ－ｕｐ?ａｎｄ?（ｂ）?ｔｈｅ?ｒｅｐｅａｔｅｄ?ｍｕｌｔｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ??ｐｌａｓｔｉｃ?ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｓａｍｐｌｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｌａｙｅｒ?ｉｎｄｕｃｅｄ?ｂｙ?ｉｍｐａｃｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｌｙｉｎｇ?ｂａｌｌｓ［３，］．??表面机械碾压处理??ＳＭＧＴ是为了解决ＳＭＡＴ处理后样品表面粗糙度比较大而提出的新型表面??纳米化技术。下图是ＳＭＧＴ处理过程示意图。整个ＳＭＧＴ处理装置是对原有的??数控车床车削工艺的进一步改装。在液压驱动下，圆柱状样品在车床机架上面高??速旋转运动，代替原有的车刀的是沿着样品轴线运动的半球形刀头。从示意图可??见当加工刀头和样品接触的时候，在加工刀头前端样品表面会出现材料的堆积，??这一部分堆积材料经受剧烈的高速剪切塑性变形后形成纳米表层结构。但是，金??属材料之间的干摩擦会引起表面温度升高。为了抑制在碾压过程中出现的表面升??温，在表面处理过程中将样品浸入液氮之中。??ＳＭＧＴ处理具有处理效率高，表面粗糙度低的特点，目前该技术主要应用于??纯金属的表面纳米化过程中。??６??
?第一章绪论???（ａ）??ｒＬ，?＼＿＿／??＾＾０＼ＶＣ／Ｃ〇?ｔｉｐ??（??Ｓａｍｐｌｅ?｜｜??ｖ?ＷＭＪ??＾?ｗ?＾ｃ／ｃ〇ｔｉｐ＾ｍ?（ｂ）??ＧＮＧ?＆????ｄｅｆｏｒｍｅｄ?ｌａｙｅｒ?ｖ．??７＾?Ｘ，??图１．３?（ａ）?ＳＭＧＴ设备示意图；（ｂ）加工刀尖碾压样品表面形成的塑性变形区示意??图［３２】。??Ｆｉｇ．１．３?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＳＭＧＴ?ｓｅｔ－ｕｐ?ａｎｄ?（ｂ）?ｔｈｅ?ｐｌａｓｔｉｃ?ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｔｈｅ??ｓａｍｐｌｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｌａｙｅｒ?ｉｎｄｕｃｅｄ?ｂｙ?ｇｒｉｎｄｉｎｇ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＷＣ／Ｃｏ?ｂａｌｌ［３２］．??表面机械滚压处理??ＳＭＲＴ是为了解决针对ＳＭＧＴ处理合金材料会产生严重的黏刀情况而研发??的最新表面纳米化处理技术。ＳＭＲＴ装置示意图如下所示。与ＳＭＧＴ设计的固??定半圆式刀头有区别的是ＳＭＲＴ技术采用了可以约束滚动的滚珠刀头，并且在??刀柄中有设计润滑油路来润滑滚球的运动。实验发现通过ＳＭＲＴ处理可以得到??更加光滑的处理表面，同时具有更厚的变形层深度。ＳＭＲＴ技术己经成功的应用??在Ｃｕ基合金［３３］，奥氏体不锈钢［３￣，马氏体不锈钢以及轴承钢０］等多种工业应用??材料中，并显著改善了这些合金材料的力学性能。??７??
本文编号：2990166
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/2990166.html
